[实用新型]一种光学投弃式海洋温度深度剖面测量探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及海洋水文剖面要素探测装置，特别是涉及一种可通过水面船只投放的海洋温度和深度剖面测量探头。

背景技术

海水温度剖面数据，即“温度—深度”关系数据是最基本的海洋环境要素之一，是反映海物理状况的基本量，海水温度剖面数据的快速获取可为海洋调查、海洋科学研究和海洋开发利用提供重要帮助。

船载投弃式温度剖面测量仪由一次性使用的测量探头和船上接收装置组成，测量探头与接收装置通过导线连接。测量探头从船上投放，在快速下降过程中，探头内的温度传感器感应和测量海水温度参数。深度数据通过探头下落速度和时间，代入深度计算公式得到。反映温度剖面的温度—深度数据由船上接收装置自动记录。

现有的投弃式温度剖面测量仪的测量探头直接测量温度数据，而深度数据是通过测量探头下落速度和时间，代入深度计算公式而得到。由于深度计算公式难以反应探头的实际下降速度，因此现有测量探头获取的“温度—深度”关系数据误差较大，难以精确反应实际的温度随深度的变化。

实用新型内容

针对现有投弃式测量探头无法直接测量深度的问题，本实用新型推出一种采用光纤光栅的新型投弃式海洋温度深度剖面测量探头，利用光纤光栅反射波与周围介质温度线性对应测量海水实时温度数据，利用光纤光栅拉伸形变后应变与反射波长的对应关系获得实时深度数据，在探头下降过程中完成温度与深度的采样测量，获取更准确的海水温度剖面数据。

光纤光栅是一种光学无源器件，通过紫外光曝光的方法在光纤芯内产生折射率沿纤芯轴向周期性变化的栅格结构，其谐振峰和谐振谷波长随温度、应力等物理量的变化而线性变化，因此可以进行非光学物理量的测量。具体测量原理如下：

光纤光栅与温度的变化关系如公式(1)所示。

Δλλ=(α+ξ)ΔT---(1)]]>

式中，λ为光纤光栅反射光谱的中心波长，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，ΔT为周围环境温度变化。从公式(1)中可以看出，温度ΔT与光纤反射波长Δλ之间有线性关系，通过测量光纤光栅反射波长的移动，即可确定环境温度。

对于典型的石英光纤，光纤光栅反射中心波长λ与光栅应变ε之间存在如下关系：

Δλλ=0.78ϵ---(2)]]>

根据公式(2)，即可由光纤光栅反射波长的移动，确定光栅应变。当光栅应变是受海水压力影响而变化时，可由此获取海水深度数据。

本实用新型所涉及的光学投弃式海洋温度深度剖面测量探头，呈流线型结构，与船上装置连接，包括头锥、尾部壳体、尾翼、光纤线轴、光纤和光栅传感器。测量探头前部为头锥，后部为尾部壳体，头锥和尾部壳体连接一起。头锥中间有沿中轴线设置的孔隙，头锥内设置光栅传感器。尾部壳体外设置尾翼，4个尾翼在尾部壳体外对称设置。尾部壳体内部设置光纤线轴，光纤线轴上缠绕着光纤，光纤与光栅传感器连接。

所述的光纤缠绕在尾部壳体内的光纤线轴上，光纤的一端从尾部壳体后端引出，与船上装置的激光发射接收装置连接；光纤的另一端从光纤线轴上引出，进入头锥内，连接光栅传感器。